重庆鸡冠石排水隧道光面爆破施工技术.pdf

2 0 0 8年第 1 期 探矿工程( 岩土钻掘工程 ) 7 1 重庆鸡冠石排水隧道光面爆破施工技术 杜 运 国 ( 中铁十五局集团， 河南 洛阳 4 7 1 0 4 1 ) 摘要： 以重庆排水工程鸡冠石隧道为例， 重点介绍了城市小断面隧道光面爆破设计 、 关键施工技术及操作流程。 关键词： 隧道 ； 光面爆破； 爆破参数 中图分类号： T V 5 5 4 1 ； T U 9 9 2 文献标识码： B 文章编号： 1 6 7 2 7 4 2 8 ( 2 0 0 8 ) 0 1- 0 0 7 1 04 控制爆破 以达到最佳的爆破效果是科技人员关 注的焦点。许多工程师们开始从事光面爆破和预裂 爆破的研究， 其目的是使爆破后的岩石表面能按设 计轮廓线成形， 表面能较平顺且超、 欠挖量最小。它 与传统的爆破法相比， 最显著的优点是能有效地控 制周边眼炸药的爆破作用 ， 从而减少对围岩的扰动 ， 保持围岩的稳定， 确保施工安全， 同时又能减少超、 欠挖 ， 提高工程质量 ， 加快施工进度。我们在重庆鸡 冠石隧道施工中， 采用光面爆破技术， 通过精心设 计， 进行技术创新， 取得了良好的施工效果。 1 工程概况 鸡冠石隧道是国家重点环保工程 ， 是重庆市主 城排水工程 的一项控制工程 。隧道全长 3 6 9 4 IT I ， 开 挖断面 1 7 4 4 IT I 。 ， 出露 的围岩主要为泥岩、 砂岩 ， 部 分地段围夹钙质页岩 ， 岩层为微风化 未风化 ， 节 理 、 基岩裂隙水发育 ， 孔隙水含量少 。 2 光面爆破设计 2 1 器材选用 光面爆破器材 主要有 ： 炸药 、 非 电塑料 导爆系 统、 毫秒雷管和导爆索等。 周边眼炸药一般选择低爆速、 低密度、 低猛度、 高爆力、 小直径、 传爆性能良好的炸药。 周边眼使用的雷管一般选择分段多、 起爆同时 性好的非电毫秒雷管 ， 能提高施工安全 ， 减少爆破振 动的作用 。 2 2 光面爆破参数 的选择 2 2 1 周边眼间距 E 周边眼间距是直接控制开挖轮廓面平整度的主 要因素 ， 一般情况下 E=( 1 21 6 ) d ( 其 中 d为炮 眼 直径 ， d= 4 0 5 0 m m) 。对于节理较发育 、 层理明显 以及开挖轮廓要求较高的地下工程 ， 周边眼间距可 适当减小 ， 也可在 两炮眼之间增加一个不装药的导 向空眼。 2 2 2 最小抵抗线 ( 光面层厚度) 最小抵抗线 直接影响光 面爆破 效果和爆碴 块度， 其取值在( 1 3 1 8 ) d 范围内， 且 E ， 经验参 考值为 0 8 ， 有利于形成光面。 2 2 3 周边眼密集系数 一 般情况 ， 以周边 眼的相对距 E V=0 71 0 为宜。 2 2 4 装药集中度 q 采用 2号岩石硝铵炸药进行光面爆破， 若预留 光爆层 ， g =0 1 5 0 2 k m， 若全断面一次爆破 ， 则 中硬岩取 g= 0 2 0 0 3 0 k m， 硬岩取 0 2 80 3 5 k g m， 软岩取 0 0 70 1 5 k g m。如果采用其 它炸 药， 则需进行换算， 其换算系数K按下式计算： 1， 2号岩石炸药猛度 。 2号岩石炸药爆力、 “一2 换算炸药猛度 。 换算炸药爆力 我单位在鸡冠石隧道不 同岩性的光面爆破参数 见表 1 。在施工过程中， 制定某种岩性的开挖爆破 参数时， 除查表 1 外， 必要时还要在与所做工程地质 条件相类似的岩层中进行试验， 求得更准确的爆破 参数 。 2 3 各地段的爆破设计 2 3 1 砂岩地段爆破设计 K 0+1 0 0 3 3 0段隧道开挖出露 的围岩为砂岩 ， 中厚层， 节理裂隙不发育， 整体稳定性较好， 隧道开 挖采用全断面光面爆破 ， 在施工 过程中经过多次爆 破试验 ， 最终确定 该段隧道爆破 周边 眼间距 为 5 3 c m， 周边 眼最小抵抗线 5 5 c m， E V= 0 9 6， 炮眼布置 收稿 日期 ： 2 0 0 7 0 5 2 2 作者简介： 杜运1( 1 9 7 6一 ) ， 男( 汉族) ， 湖南衡阳人， 中铁十五局集团有限公司中南指挥部副总工程师、 工程师， 交通土建专业， 河南省洛阳 市红山乡中铁十五局三公 司， fl o 0 0 5 1 2 6 c o m。 维普资讯 7 2 探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 0 0 8 年第 1 期 见 图 1 ， 爆破参数见 表 2 。循环最高进尺 2 3 m， 平 均循环进尺 2 2 m， 平均炮眼利用率 9 3 ， 炮痕保存 率为 9 0 ， 平均线性超挖 5 0 c m。 图 I 砂岩段炮眼布置图 表 2 砂岩段爆破参数配置表 霉簇 注 ： 采用 2号岩石硝铵炸药 ， 规 格为 ： 0 3 22 0 0 ( 0 1 5 k g ) 药 ， 光爆 参数 ： E=5 3 c m， V =5 5 c r rl ， q= 0 2 k g m， 开挖断面 1 7 4 4m ， 循环进 尺 2 12 3 m， 单位炸药 消耗 量 1 3 8 k g m ， 周边 眼采用 空气 柱间 隔装 药， 使用 导爆索和非 电毫秒雷管 ， 双雷管引爆 。 2 3 2 泥岩段爆破设计 K 1 +8 0 08 8 0段隧道出露的围岩为泥岩， 节理 裂隙不发育 ， 整体稳定性较好 ， 隧道开挖采用全断面 光面爆破 ， 在施工过程中经过多次爆破试验 ， 最终确 定该段隧道爆破周边眼间距 为 4 9 c m， 周边眼最小 抵抗线为 5 5 c m， E V= 0 8 9 ， 炮眼布置 见图 2 ， 爆破 参数见表 3 。循环最高进尺 2 3 n l ， 平均循环进尺 2 ， 2 n l ， 平均炮眼利用率 9 0 ， 炮痕保存率 8 5 ， 平 均线性超挖 7 0 c m。 图 2 泥岩段炮眼布置图 表3 泥岩段爆破参数配置表 喾 注 ： 采用 2号岩石硝铵炸药 ， 规格 为 ： 0 3 22 0 0 ( 0 1 5 k g ) 药， 光爆 参数： E= 4 9 c f I 1 V = 5 0 C l I l ， q = 0 1 5 k g m， 开挖断面 1 7 4 4 m ， 循环 进尺2 1 2 3 m ， 单位炸药消耗量 1 2 5 k g m ， 周边眼采用空气柱 间隔装药 ， 使用导爆索和非 电毫秒雷管 ， 双雷管引爆。 2 ， 3 ， 3 泥岩夹钙质页岩爆破设计 K 2+ 8 3 68 9 6段隧道出露 的围岩为泥岩夹钙 质页岩， 有 2 组压性节理， 裂隙发育， 有地下水， 整体 性稳定性一般 ， 隧道开挖采用全断面光面爆破 ， 在施 工经过多次爆破试验 ， 最终确定该段 隧道爆破周边 眼间距为 4 5 c m， 周边眼最小抵抗线为5 0 e m， E V= 0 9 ， 炮眼布置见图 3 ， 爆破参数见 表 4 。最高进 尺 2 ， 4 IT I ， 平均循环进尺2 3 IT I ， 平均炮眼利用率9 5 ， 炮痕保存率 8 0 ， 平均线性超挖 1 0 e m。 2 4 爆破效果分析 在鸡冠石隧道爆 破开挖过程中 ， 我项 目部针对 不同的岩性 、 岩体结构调整爆破参数 ， 改善爆破效 维普资讯 2 0 0 8年第 1 期 探矿工程( 岩土钻掘工程 ) 7 3 1 一 7 I 9， I l I l 7 9 。 一 l 2 I7 9 l 1 l _三 【 J l 7 ， 0 l 7 ll 9 l 7 。 。 l 2 l I Il I l lI I 】 I 2 I 4 ， r r_ r l r 、 I 4 6 5) 6 _ 44 , ) 图 3软岩段炮 眼布置 图 表 4泥岩夹钙质页岩 爆破参数配置 表 霉 素 注： 采用 2号岩石硝铵炸药 ， 规 格为 ： 0 3 2 2 0 0 ( 0 1 5 k g ) 药 ， 光 爆 参数 ： E= 4 5 c m， V=5 0 c m， g= 0 0 8 7 k g m， 开挖断面 1 7 4 4 m ， 循 环 进尺 2 22 4 m， 单位炸 药消耗量 1 1 5 k v m ， 周边 眼采 用空气 柱 间隔装药， 使用导爆索和非电毫秒雷管， 双雷管引爆。 果 ， 当光面爆破参数位于表 l所示光面爆破参数范 围内时， 爆破效果较好， 平均炮眼利用率、 炮痕保存 率较高， 超欠挖较少。 3 光面爆破施工工艺 3 1 布眼 钻眼前 ， 由测量人员用红油漆准确绘 出开挖 断 面的中线和轮廓线， 标 出周边炮 眼位置， 误差 5 Cm o 3 2 钻眼 钻眼时， 先定 位开眼 ， 轴 线与隧道轴 线保持 平 行 ， 先用短钻杆定位 ， 再用长钻杆加深 。操作平 台就 位后按炮 眼布置图正确钻孔 ， 掏槽 眼和周边眼的钻 眼精度要控制在 5(3 m 以内。要求施钻工人要熟悉 炮眼布置图， 能够熟练 的操作凿眼机械 ， 特别是周边 眼， 要 由经验丰富的老钻工施钻 ， 准确控制周边眼外 插角 ， 眼深 3 I T I 时外插角 3 0 ； 眼深 5 IT I 时外插角 2 。 ， 尽可能使两茬炮交界处台阶小于 1 5(3 m； 并根据 眼 口位置岩石 的凸凹程度调 整炮 眼深度 ， 以保证炮 眼底在 同一平面上。 3 3 清孔 装药前， 用炮钩和高压风将炮眼内石屑清理干 净 ， 以便装药。 3 4 装药 按炮眼设计图和确定的装药量 自 上而下分片分 段进行 ， 雷管对号安设 ， 定人 、 定位 、 定段别 ， 按要求 用炮泥堵塞 ， 堵塞长度3 0(3 m。 3 5 联结起爆网络 常用孔内控制微差爆破， 若一次爆破孔眼数量 较多 ， 而雷管段数不够用 时， 可采用孔 内、 孔外混合 及串联 、 并联混合网络实现其微差爆破 ， 充分保证起 爆的可靠性和准确性 。 3 6 瞎炮处理 发现瞎炮 ， 首先查明原 因。如果是孔外的导爆 管损坏引起的瞎炮， 则切去损坏部分重新连接导爆 管即可 ； 如 因孔 内导爆管损坏或其本身存在 的问题 引起的瞎炮， 则参照 铁路隧道安全技术规则 ( T B J 4 0 48 7 ) 有关条款处理 。 4 光面爆破施工技术要点 4 1 提高钻孔利用率技术 为了提高钻孔利用率 ， 除了优化施工方案 ， 选配 先进的机械设备和选派优秀 的施工队伍外 ， 施工人 员还要熟悉掌握钻爆作业中的关键技术 。 4 1 1 掏槽 眼 掏槽眼采用 了斜 眼掏槽 ， 角度 为 7 0 。 7 3 。 ， 布 置在开挖面的中偏下 5 0(3 m 的部位， 掏槽眼比辅助 眼深 2 0(3 1 T I ， 操作方便 ， 掏槽效果较好 。 4 1 2 辅助眼 按照钻爆作业的炮 眼布置图均匀布置， 辅助眼 采用连续装药反 向起爆 ， 装药 系数为 0 50 6 ， 断 面较大时采用较小数值， 施工中根据爆破效果， 进行 了调整 ， 鸡冠石隧道装药系数一般为 0 6 。 4 1 3 周边眼和底 眼 周边眼应做到“ 准、 齐、 平、 直” ， 即钻孔位置准 确 ； 炮眼底部要整齐 ( 在 同一平面 内) ； 炮 眼“ 平 直” 即炮 眼之间要平行。炮 眼外插角一定要控制在最小 范 围内， 保证 眼底不 超过 开挖 断面轮廓线 1 0(3 m。 底眼一般比周边眼深 2 0(3 m。 4 2 提高光面爆破效果技术 ( 1 ) 根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边 眼的最小抵抗线。周边眼的间距要根据现场地质条 件和岩性 ， 视岩石的抗爆性 、 炸药性能 、 炮眼直径和 维普资讯 7 4 探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 0 0 8 年第 1 期 装药量而定 。一是当断面较小或围岩软弱 、 破碎或 在曲线 、 折线处开挖成形要求较高时 ， 周边眼间距宜 取较小值 ； 二是正常情况最小抵抗线应小 于周边 眼 间距， 软岩在取较小周边眼间距的同时， 抵抗线要适 当增大； 三是对于软岩或破碎性围岩 ， 周边眼的相对 距 ( 周边眼间距 周边眼最小抵抗线 ) 应取较小值。 ( 2 ) 控制光面眼的药量， 并使炸药沿炮眼全长 合理分布。 ( 3 ) 控制光面爆破周边 眼的外插角方法是采用 长短两种型号钻杆 ， 开钻时首先用短钻杆定位 ， 再用 长钻杆加深。为保证隧道开挖后符合设计轮廓线， 周边眼不能偏离设计轮廓线 ， 周边眼 间距误 差 5 c m， 爆破效果最佳。因凿眼机外形尺寸的限制 ， 钻 孔时要有一个 向外倾斜的角度， 一般外斜角控制在 2。3。 。 ( 4 ) 打超前探孔 ， 一是可 以先探 明隧道 的工程 地质和水文地质情况 ， 预防 突泥 突水 ； 二是掏槽 减 压 ， 增加爆破效果。中空眼施作常用的方法有 ： 一是 采用水平浅孔钻机钻孔， 钻孔深度可在 2 0 m以上 ； 二是采用普通钻杆钻孔 ， 装少量药进行扩孔 ， 缺点是 钻孔深度较浅 。 ( 5 ) 掏槽爆破 要超前 ， 掏槽爆破超前有利于增 大临空面， 提高爆破效果。 ( 6 ) 掌子面与初期 支护拉开距离。围岩条件好 时掌子面与初期支护可拉开一定距离， 但必须初喷 封闭， 这样既可以提高周边眼钻孔效果 ， 又不会对安 全产生任何影响。 ( 7 ) 利用残 眼影 响爆破效果 ， 特别是周边 眼更 是如此 ， 建议尽量少用或不用上排炮的残眼。 ( 8 ) 施钻人员和打炮 眼时位置要相对 固定 ， 分 片包干作业 ， 由于人们的视觉和习惯性动作 ， 经常调 换不利于控制光面眼的外插角 ， 影响光爆效果 。 5 体会 ( 1 ) 光面爆破参数的选定应 根据 围岩特点进行 爆破成缝试验后确定 ， 合理选择周边 眼间距及周边 眼的最小抵抗线及周边眼的装药量 。 ( 2 ) 周边眼宜采用小直径药卷和低爆速炸药， 装药量应具有破岩所需的应力能量 ， 又不致造成对 围岩的严重破坏， 借助导爆索实现空气间隔装药， 使 炸药均匀的分布在整个炮眼内， 有利于形成光面。 ( 3 ) 爆破分段特别需要注意起爆时差， 实践经 验证明， 起爆时差越小， 则光面爆破效果越好， 鸡冠 石隧道采用隔段雷管 ， 时差为 1 0 0 m s 。 ( 4 ) 辅助 眼爆破 由里 向外逐层起爆 ， 起爆顺序 不能颠倒 ， 否则光爆破效果不佳 ， 甚至失败。 ( 5 ) 为使光面爆破产生良好的效果， 一是要注 意将掏槽炮与辅助炮之 间的起 爆时差稍加大 ， 保证 掏槽区石渣能全部抛出槽口， 利于后续辅助眼爆破， 二是辅助眼爆破后坑道形状尽量接近开挖轮廓形 状 ， 让光面爆破层厚度尽可能一致 ， 利于光面爆破。 ( 6 ) 采用毫秒雷管微差起爆系统， 为了使周边 爆破时产生临空面， 分段的辅助眼雷管起爆时差尽 可能小， 周边眼采用导爆索或高精度系列迟发电雷 管起爆效果更好 ， 因为采用该系统起爆周边炮眼 ， 即 具有同时起爆 的爆破威力， 容易成形 ， 又可以减少对 轮廓线以外围岩的扰动。 ( 7 ) 严格执行钻眼工艺， 使炮眼的位置及方向 误差较小 ， 能提高隧道光面爆破质量 。 ( 8 ) 在隧道施工过程 中， 采用水压爆破技术 ， 即 掏槽眼 、 辅助眼、 底板眼采用水压爆破 ， 不但可以提 高炸药利用率、 提高施工效率、 提高经济效益， 而且 可以降低粉尘 、 减少环境污染 、 保护环境和施工人员 的身心健康。 6结语 光面爆破是一个综合过程， 涉及到许多方面， 尤 其在小断面隧道爆破中， 岩石的夹制作用非常明显， 稍不注意， 将造成隧道大面积超欠、 挖。我们在鸡冠 石隧道光面爆破施工过程中， 开展 了技术攻关 ， 取得 了可喜 的效果 ： 一是开挖岩面上无粉碎岩石和明显 的爆震裂缝 ； 二是 节约炸药 ， 起到减少振动 的效果， 对 围岩的震动破坏最小 ； 三是获得 良好的爆破效果； 四是提高掘进速度 ， 有利于安全施 工； 五是岩面平 整， 为锚喷、 衬砌等工序创造有利条件， 同时还可以 减少超挖和回填混凝土的数量。比如象类以上围 岩 ， 周边 炮眼痕迹保存率可达到 8 5 9 0 ， I I 围岩可达到 7 0 8 0 ， 周边炮 眼痕迹在开挖轮 廓面上均匀分布 ， 两茬炮衔接时出现的台阶形误差 1 5 c m 参考文献： 1 陈豪雄， 殷杰 隧道工程 M 北京： 中国铁道出版社， 1 9 9 5 2 刘殿中 工程爆破实用手册 M 北京： 冶金工业出版社， 1 9 9 9 维普资讯